下周，浙江農(nóng)林大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)的老師曹玉成將為本科生講授《固體廢棄物處理資源化》這門課程，他將結(jié)合三年來的研究成果，為學(xué)生介紹如何將污泥等廢棄物轉(zhuǎn)化為能源。
過去的三年，曹玉成一直在研究一個課題：如何把污泥變成能源。最近，他的研究成果發(fā)表在了國際著名學(xué)術(shù)期刊《Renewable & sustainable energy reviews》上，并引起國外眾多同行的興趣。這是曹玉成博士在短短三年時(shí)間里發(fā)表的第11篇學(xué)術(shù)論文。在發(fā)表的這些論文中有7篇被SCI源期刊接收或錄用，1篇被SSCI收錄，曹玉成發(fā)表的這些論文證明了將污泥轉(zhuǎn)化成生物能源的技術(shù)可行性和積極的環(huán)境意義，為更好地處理污泥、利用污泥從技術(shù)層面和生命周期全過程層面上提供了理論支撐。
杭州每年產(chǎn)生市政污泥100萬噸
曹玉成是浙江農(nóng)林大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)的老師，一直從事廢棄物能源化和可再生能源的研究工作，為了更好的學(xué)習(xí)和研究相關(guān)技術(shù)，2009年在學(xué)校的推薦下，前往波蘭盧布林工業(yè)大學(xué)攻讀博士，并師從波蘭科學(xué)院士、歐洲科學(xué)藝術(shù)研究院院士PAWLOWSKI教授和中國科學(xué)院曹志洪教授。在波蘭期間，他一邊跟隨導(dǎo)師做研究，一邊開始根據(jù)研究數(shù)據(jù)撰寫相關(guān)的學(xué)術(shù)論文。
“我們研究的污泥，指的是市政污泥，也就是城市污水處理廠處理污水時(shí)產(chǎn)生的污泥。”曹玉成說，污泥的處理處置問題是目前包括我國和西方發(fā)達(dá)國家在內(nèi)的大多數(shù)國家都在困擾的一個社會與環(huán)境問題。就我國而言，目前每年全國范圍內(nèi)共產(chǎn)生市政污泥已超過1000萬噸，杭州每年產(chǎn)生的市政污泥大約有100萬噸。而隨著我國城鎮(zhèn)化的發(fā)展和對水環(huán)境管理的重視與加強(qiáng)，城市污水處理規(guī)模和程度與日俱增，污泥的產(chǎn)生量也隨之會進(jìn)一步增加。
“污泥即是一種需要謹(jǐn)慎處理的廢物，也是一種具有潛在利用價(jià)值的資源”，曹玉成介紹，目前我們國家污泥的處置方式主要有填埋、土地利用和焚燒。但這些方式在不同程度上暴露出資源回收利用率低、成本較高或環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較大等問題。
兩步處理，大半污泥變身能源
曹玉成說，他研究的主要就是如何將污泥轉(zhuǎn)化成便于使用的清潔能源，實(shí)現(xiàn)增值化利用。
“我們通過研究，從技術(shù)和理論層面上證明，利用厭氧消化與快速熱解組合工藝技術(shù)，不僅可以節(jié)約污泥處理過程中的能源消耗，而且還可以將污泥轉(zhuǎn)化成具有較高熱值的生物燃料和具有固碳潛力的生物炭，實(shí)現(xiàn)污泥的增值化利用。”
說到污泥如果轉(zhuǎn)化為能源，曹玉成簡單介紹說： “第一步就是利用污泥產(chǎn)沼氣，這樣大致可以消耗掉污泥中大概一半的有機(jī)物。”曹玉成說，經(jīng)過第一步處理后，剩余的渣子也可以再次利用。
“將剩渣密封加溫，這些剩渣會發(fā)生一系列的反應(yīng)。”曹玉成說，這一個步驟類似于白居易《賣炭翁》中寫到的“燒炭”。
經(jīng)過密封加溫后，剩渣會轉(zhuǎn)化為三種物質(zhì)：油狀物、木炭和少量的氣體。油狀物就是可以利用的能源，一般來說，經(jīng)產(chǎn)沼氣后的剩渣的產(chǎn)油量可高達(dá)50%。
“經(jīng)過這兩步處理，就可以將污泥中大部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化為能源。”曹玉成說。
6噸污泥可產(chǎn)生1噸煤的能量
通過深入研究和細(xì)致分析，曹玉成發(fā)現(xiàn)，每轉(zhuǎn)化6噸污泥為能源，相當(dāng)于節(jié)約燃煤1噸左右。
“我國目前每年產(chǎn)生干污泥1000萬噸，若將60%的污泥進(jìn)行能源化利用，每年可望節(jié)省燃煤1.0×106萬噸，減排二氧化碳2.4×106萬噸。”曹玉成說。
污泥中的重金屬等礦物質(zhì)到哪里去了？曹玉成解釋，“經(jīng)過處理后，污泥中含有的重金屬等有害物質(zhì)被明顯鈍化，在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化能力和生物有效性顯著下降，也就是說，更穩(wěn)定了。因此，可有效降低其后續(xù)還田利用或埴埋產(chǎn)生的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。”
據(jù)了解，因?yàn)檫@項(xiàng)研究成果，曹玉成引起了中波兩國學(xué)者的關(guān)注，在今年6月舉行的曹玉成博士論文答辯會上，吸引了很多相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者，中國駐波蘭大使館的科技參贊也專門參加答辯會。
答辯會后，盧布林工業(yè)大學(xué)專門邀請曹玉成留校開展博士后研究。
“我是今年7月份回到浙江農(nóng)林大學(xué)開展研究的，當(dāng)時(shí)選擇回國的原因，就是希望能夠利用我的研究成果，更好服務(wù)我國的廢棄物再利用工作，我相信在中國更能發(fā)揮我的價(jià)值。”曹玉成表示。
曹玉成說，目前他正在打算聯(lián)系一些污水處理廠，將這項(xiàng)研究在現(xiàn)實(shí)中進(jìn)行應(yīng)用。
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